(57)【要約】【課題】長尺の工具専用の工具マガジンや工具交換アームが不要で、長尺の工具の自動交換が可能な工作機械の自動工具交換装置を提供する。【解決手段】延長具４のハウジング４３は、その軸心に貫通孔４４を有する。貫通孔４４の前端部にはテーパ孔４５が形成され、テーパ孔４５に工具３６のテーパ部３６２が嵌合する。延長具４の貫通穴４４内には、中空の延長具側ドローバー４７が中心軸線４６と平行に移動可能に内嵌している。駆動機構６２のピストン６２４を上方に移動し、皿ばね６４の付勢力で主軸側ドローバー６１をクランプ方向に移動する。その結果、延長具側ドローバー４７がクランプ方向に移動し、係合駆動部４８がコレット４９を拡開させて、工具３６Ｂのテーパ部３６２の内周面に強く押圧し、工具３６Ｂのテーパ部３６２を延長具４のテーパ孔４５に強固にクランプする。【選択図】図４
2010269395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸頭に回転可能に軸支された主軸と、
該主軸に装着された工具を主軸にクランプする主軸側ドローバーと、
前記主軸に装着され得る複数の工具を工具支持ポットに収納した状態で収納する工具マガジンと、
前記工具のグリップ部を把持する把持部を両端に有し、前記工具マガジンと前記主軸との間で前記工具を交換する工具交換アームと、
を有する工作機械の自動工具交換方法において、
前記工具の長さを延長するために先端に前記工具を装着可能で、前記工具のグリップ部と同一形状のグリップ部を有する延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行う
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換方法。
【請求項２】
請求項１に記載の工作機械の自動工具交換方法において、
前記延長具の先端に前記工具を装着可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記延長具の先端へ前記工具を装着する
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換方法。
【請求項３】
請求項１に記載の工作機械の自動工具交換方法において、
前記延長具のグリップ部と前記工具のグリップ部とが、異なる高さ位置となるように、前記延長具及び前記工具が前記工具マガジン内に収納されている場合に、前記延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記工具支持ポット、及び／又は前記工具交換アームを、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行う
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換方法。
【請求項４】
請求項１に記載の工作機械の自動工具交換方法において、
前記主軸頭の前端面と前記延長具の後端面との間に配置された延長具クランプ機構により前記延長具を前記主軸頭にクランプし、
前記延長具の軸心の貫通孔内で、該延長具の軸方向へ移動可能に配置され、前記主軸側ドローバーに係合する延長具側ドローバーにより前記延長具の先端に前記工具をクランプする
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換方法。
【請求項５】
工作機械の主軸頭に回転可能に軸支された主軸と、
該主軸に装着された工具を主軸にクランプする主軸側ドローバーと、
前記主軸に装着され得る複数の工具を工具支持ポットに収納した状態で収納する工具マガジンと、
前記工具のグリップ部を把持する把持部を両端に有し、前記工具マガジンと前記主軸との間で前記工具を交換する工具交換アームと、
を有する工作機械の自動工具交換装置において、
前記工具の長さを延長するために先端に前記工具を装着可能で、前記工具のグリップ部と同一形状のグリップ部を有する延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行う
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の工作機械の自動工具交換装置において、
前記延長具の先端に前記工具を装着可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記延長具の先端へ前記工具を装着する
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
【請求項７】
請求項５に記載の工作機械の自動工具交換装置において、
前記延長具のグリップ部と前記工具のグリップ部とが、異なる高さ位置となるように、前記延長具及び前記工具が前記工具マガジン内に収納されている場合に、前記延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記工具支持ポット、及び／又は前記工具交換アームを、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行う
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
【請求項８】
請求項５に記載の工作機械の自動工具交換装置において、
前記主軸頭の前端面と前記延長具の後端面との間に配置された延長具クランプ機構により前記延長具を前記主軸頭にクランプし、
前記延長具の軸心の貫通孔内で、該延長具の軸方向へ移動可能に配置され、前記主軸側ドローバーに係合する延長具側ドローバーにより前記延長具の先端に前記工具をクランプする
ことを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の自動工具交換装置、特に、長尺のボーリングバー等の長尺の工具を自動交換する工作機械の自動工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタや複合加工機（ターニングセンタともいう）等の工作機械では、ワークの加工形状に合わせて、主軸と工具マガジンとの間で、工具交換アームを使用して工具を交換しながら加工を行う。ワークの加工工程において、ワークに対して深い中ぐり加工を施す場合があり、その中ぐり加工には、長尺のボーリングバーが使用される。長尺のボーリングバーを自動交換する自動工具交換装置として、特許文献１の自動工具交換装置がある。特許文献１の自動工具交換装置は、長尺のボーリングバー専用の工具マガジンと工具交換アームが必要になるため、高価になり、所要スペースも大きくなる。
【０００３】
また、長尺のボーリングバーを自動交換する自動工具交換装置として、特許文献２の自動工具交換装置が提案されている。特許文献２の自動工具交換装置は、ボーリングバー本体の先端に、標準工具を標準の工具交換アームを使って着脱するため、ボーリングバーの本数が少数で済み、スペースを節約できるメリットがある。しかし、特許文献２の自動工具交換装置は、ボーリングバー本体を刃物台に搬送するためのボーリングバー専用の搬送装置が必要となるため、高価になる。
【０００４】
また、工具シャンク部が標準工具よりも小さい小径工具とマザー工具を、１台の工具マガジンに貯蔵して、両工具を自動交換できる自動工具交換装置として、特許文献３、特許文献４の自動工具交換装置が提案されている。特許文献３、特許文献４の自動工具交換装置は、工具マガジンは一台で済むが、小径工具用の工具交換アーム機構が追加で必要となるため、コスト的に高価になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平７−２４５３８号公報
【特許文献２】特開２００３−８０４０８号公報
【特許文献３】特公平５−１３７７３号公報
【特許文献４】特開平２−２６２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、長尺の工具専用の工具マガジンや工具交換アームが不要で、長尺の工具の自動交換が可能な工作機械の自動工具交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の工作機械の自動工具交換方法は、工作機械の主軸頭に回転可能に軸支された主軸と、該主軸に装着された工具を主軸にクランプする主軸側ドローバーと、前記主軸に装着され得る複数の工具を工具支持ポットに収納した状態で収納する工具マガジンと、前記工具のグリップ部を把持する把持部を両端に有し、前記工具マガジンと前記主軸との間で前記工具を交換する工具交換アームと、を有する工作機械の自動工具交換方法において、前記工具の長さを延長するために先端に前記工具を装着可能で、前記工具のグリップ部と同一形状のグリップ部を有する延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行うことを特徴とする。
【０００８】
第２番目の発明の工作機械の自動工具交換方法は、第１番目の発明の工作機械の自動工具交換方法において、前記延長具の先端に前記工具を装着可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記延長具の先端へ前記工具を装着することを特徴とする。
【０００９】
第３番目の発明の工作機械の自動工具交換方法は、第１番目の発明の工作機械の自動工具交換方法において、前記延長具のグリップ部と前記工具のグリップ部とが、異なる高さ位置となるように、前記延長具及び前記工具が前記工具マガジン内に収納されている場合に、前記延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記工具支持ポット、及び／又は前記工具交換アームを、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行うことを特徴とする。
【００１０】
第４番目の発明の工作機械の自動工具交換方法は、第１番目の発明の工作機械の自動工具交換方法において、前記主軸頭の前端面と前記延長具の後端面との間に配置された延長具クランプ機構により、前記延長具を前記主軸頭にクランプし、前記延長具の軸心の貫通孔内で、該延長具の軸方向へ移動可能に配置され、前記主軸側ドローバーに係合する延長具側ドローバーにより前記延長具の先端に前記工具をクランプすることを特徴とする。
【００１１】
第５番目の発明の工作機械の自動工具交換装置は、工作機械の主軸頭に回転可能に軸支された主軸と、該主軸に装着された工具を主軸にクランプする主軸側ドローバーと、前記主軸に装着され得る複数の工具を工具支持ポットに収納した状態で収納する工具マガジンと、前記工具のグリップ部を把持する把持部を両端に有し、前記工具マガジンと前記主軸との間で前記工具を交換する工具交換アームと、を有する工作機械の自動工具交換装置において、前記工具の長さを延長するために先端に前記工具を装着可能で、前記工具のグリップ部と同一形状のグリップ部を有する延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行うことを特徴とする。
【００１２】
第６番目の発明の工作機械の自動工具交換装置は、第５番目の発明の工作機械の自動工具交換装置において、前記延長具の先端に前記工具を装着可能な状態とする為、前記主軸頭、前記工具支持ポット、及び前記工具交換アームから選択される１以上を、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記延長具の先端へ前記工具を装着することを特徴とする。
【００１３】
第７番目の発明の工作機械の自動工具交換装置は、第５番目の発明の工作機械の自動工具交換装置において、前記延長具のグリップ部と前記工具のグリップ部とが、異なる高さ位置となるように、前記延長具及び前記工具が前記工具マガジン内に収納されている場合に、前記延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、前記工具支持ポット、及び／又は前記工具交換アームを、前記主軸中心軸線と平行に移動させた上で、前記工具交換アームにより前記工具マガジンと前記主軸との間で前記延長具の交換を行うことを特徴とする。
【００１４】
第８番目の発明の工作機械の自動工具交換装置は、第５番目の発明の工作機械の自動工具交換装置において、前記主軸頭の前端面と前記延長具の後端面との間に配置された延長具クランプ機構により前記延長具を前記主軸頭にクランプし、前記延長具の軸心の貫通孔内で、該延長具の軸方向へ移動可能に配置され、前記主軸側ドローバーに係合する延長具側ドローバーにより前記延長具の先端に前記工具をクランプすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の工作機械の自動工具交換装置は、工具の長さを延長するために先端に工具を装着可能で、工具のグリップ部と同一形状のグリップ部を有する延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能な状態とする為、主軸頭、工具支持ポット、工具交換アームのうちの少なくともいずれか１つを、主軸中心軸線と平行に移動させた上で、工具交換アームにより工具マガジンと主軸との間で延長具の交換を行う。従って、長尺の工具専用の工具マガジン及び工具交換アームが不要となるため、所要スペースが小さくなり、製造コストを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態の工作機械の自動工具交換装置を有する複合加工機の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１の工具マガジンの拡大正面図である。
【図３】図１の主軸頭の断面図である。
【図４】延長具の拡大断面図である。
【図５】図３のＰ矢視図ある。
【図６】図３のＱ部拡大断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図７の次の工具交換動作である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図８の次の工具交換動作である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図９の次の工具交換動作である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図１０の次の工具交換動作である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図１１の次の工具交換動作である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図１２の次の工具交換動作である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図１３の次の工具交換動作である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図１４の次の工具交換動作である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図１５の次の工具交換動作である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図であり、図１６の次の工具交換動作である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態の延長具の拡大断面図であり、図４相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である工作機械の自動工具交換装置を有する複合加工機の概略構成を示す正面図である。図２は図１の工具マガジンの拡大正面図である。図１に示す複合加工機は、図示しないベッド上にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動可能に配設された刃物台１と、図示しないベッド上に固定された主軸台２と、刃物台１に装着された加工済み工具と次加工工具とを自動的に交換する工具交換装置３とで構成されている。
【００１８】
主軸台２は、図示しないワーク主軸の先端にチャック２１が取り付けられ、チャック２１にワークＷが把持される。工具交換装置３は、工具マガジン３１と工具交換アーム３２とを備えている。工具マガジン３１は、複数の工具支持ポット３４と延長具支持ポット３５とを有している。工具支持ポット３４は、環状チェーン３３に所定ピッチで配置され、工具３６のテーパ部３６２を着脱可能に支持するものである。延長具支持ポット３５は、環状チェーン３３に、延長具４のテーパ部４２を着脱可能に支持するものである。工具マガジン３１は、環状チェーン３３を駆動して、工具交換アーム３２との工具交換位置に、工具支持ポット３４又は延長具支持ポット３５を位置決めする。
【００１９】
図２に示すように、延長具支持ポット３５は、その両隣りの工具支持ポット３４を取り外し、直径の大きな延長具４が両隣りの工具３６に干渉しないようにしている。また、延長具支持ポット３５は、工具支持ポット３４の前端に延長ポット３４１を装着し、Ｚ軸方向の長さを長くして構成されている。図２に示すように、工具３６のグリップ部３６１と延長具４のグリップ部４１のＺ軸方向の位置は、距離Ｌだけ離れている。工具３６のグリップ部３６１と延長具４のグリップ部４１は全く同一形状を有している。
【００２０】
工具交換アーム３２は、アーム部３２１、シリンダ３２２、シリンダ３２３を備えている。アーム部３２１は、その両端に工具３６のグリップ部３６１及び延長具４のグリップ部４１を把持する把持部を有し、図示しない旋回駆動源によって旋回駆動される。シリンダ３２２は、Ｚ軸方向に平行にアーム部３２１を移動して、工具３６及び延長具４を、工具支持ポット３４、延長具支持ポット３５から抜き出す。シリンダ３２３は、図２に２点鎖線で示すように、Ｚ軸方向に距離Ｌだけシリンダ３２２を移動して、アーム部３２１のＺ軸方向の位置を、工具３６のグリップ部３６１又は延長具４のグリップ部４１の位置に合わせる。
【００２１】
上記刃物台１は、図１に示すように、コラム１１、サドル１２、クロススライド１３、ラム１４、主軸頭１５で構成されている。コラム１１は、図示しないベッド上に垂直上方に延びるように固定されている。コラム１１の前面には、サドル１２がＺ軸方向に移動可能に支持され、サドル１２の前面に、クロススライド１３がＸ軸方向に移動可能に支持されている。クロススライド１３には、主軸頭１５を支持するラム１４がＹ軸方向に移動可能に支持されている。
【００２２】
主軸頭１５は、ラム１４の前面に、図示しない回転割り出し機構により、Ｙ軸回りに回転割り出し可能に支持されてている。図３は図１の主軸頭１５の断面図である。図３に示すように、主軸頭１５は、主軸頭１５に回転自在に軸支された主軸５と、工具３６を主軸５にクランプ・アンクランプする工具クランプ機構６と、延長具４を主軸頭１５にクランプ・アンクランプする延長具クランプ機構７とを備えている。
【００２３】
主軸５は、その軸心に、主軸中心軸線５１に平行に主軸貫通孔５２を有する筒体である。主軸５は、その前部及び後部が前軸受５３、並びに後軸受５４を介して、主軸頭１５に回転自在に軸支されている。主軸５の主軸貫通孔５２の前端部にはテーパ孔５５が形成され、テーパ孔５５に工具３６のテーパ部３６２が嵌合して固定される。また主軸５のテーパ孔５５には、延長具４のテーパ部４２も嵌合して固定される。
【００２４】
主軸５の外周面にはロータ５６が固定され、主軸頭１５の内周面にはステータ５７が固定されている。ステータ５７は、ロータ５６の外周面から径方向外側に一定間隔を隔ててロータ５６を取り囲むように配置され、ステータ５７に電流を供給することによって、ロータ５６を回転させる。ステータ５７、ロータ５６は、所謂ビルトインモータを構成している。
【００２５】
主軸頭１５の前端（図３の下側）には、主軸５の前端のフランジ部と前軸受５３との間に、環状のピストン５８が主軸中心軸線５１に平行に移動可能に嵌合されている。ピストン５８は、油圧力によって、主軸中心軸線５１に平行に移動する。ピストン５８の下端面には環状の噛合歯が形成されている。主軸５の前端のフランジ部の上端面と、主軸５のフランジ部を囲んで主軸頭１５に固定された環状部材５９の上端面にも、同心状に環状の噛合歯が形成されている。
【００２６】
ピストン５８の噛合歯、主軸５の前端フランジ部の噛合歯、環状部材５９の噛合歯は、３ピースカップリングを構成している。すなわち、ピストン５８が下方向に移動すると、ピストン５８の噛合歯が、主軸５の噛合歯、環状部材５９の噛合歯に同時に噛み合い、主軸５を主軸頭１５にクランプする。これらのクランプ機構の原理、構造は、工作機械分野では周知の技術であり、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００２７】
工具クランプ機構６は、前記主軸５の主軸貫通穴５２内に、主軸中心軸線５１と平行に移動可能に内嵌され、工具３６のテーパ部３６２、延長具４のテーパ部４２をテーパ孔５５にクランプ・アンクランプする主軸側ドローバー６１と、主軸側ドローバー６１をアンクランプ方向に移動させる駆動機構（シリンダ機構）６２とを有する。
【００２８】
主軸側ドローバー６１は、筒状の係合駆動部６１１と、係合駆動部６１１に着脱可能に接続された筒状のドローバー本体６１２で構成されている。係合駆動部６１１の上端部は、ドローバー本体６１２の下端部内に挿入され、ドローバー本体６１２の下端部の内面にねじ込まれて、固定されている。係合駆動部６１１は、前記テーパ孔５５の近傍に配置されたコレット６３内に挿入され、工具３６のテーパ部３６２、延長具４のテーパ部４２の内周面にコレット６３を係合させるよう構成されている。
【００２９】
コレット６３は、その上端部を基点にして径方向に拡開可能で、係合駆動部６１１の下端外周の傾斜面がコレット６３の内面に摺接している。係合駆動部６１１が上端位置（図３の上方位置）にあるとき、コレット６３を工具３６のテーパ部３６２、延長具４のテーパ部４２の内周面に係合させ、下端位置（図３の下方位置）にあるとき、コレット６３と工具３６のテーパ部３６２の内周面、及びコレット６３と延長具４のテーパ部４２の内周面との係合を解除する。
【００３０】
ドローバー本体６１２と主軸貫通穴５２との間には多数の皿ばね６４が介在されている。皿ばね６４は主軸側ドローバー６１をクランプ方向（図３の上方向）に付勢している。この付勢力により係合駆動部６１１がクランプ方向に移動すると、コレット６３を拡開させて、工具３６のテーパ部３６２の内周面、又は、延長具４のテーパ部４２の内周面に係合させ、工具３６のテーパ部３６２、延長具４のテーパ部４２を前記テーパ孔５５に強固に嵌合させる。
【００３１】
前記駆動機構６２は、主軸頭１５の上端部にボルト６２１により締め付け固定されたケーシング６２２と、蓋部材６２３とで形成されたシリンダに、ピストン６２４を挿入した構造のものである。油圧力によってこのピストン６２４が図３の下方に移動すると、押圧プレート６５を介して前記主軸側ドローバー６１を、皿ばね６４の付勢力に抗してアンクランプ方向（図３の下方向）に移動させ、工具３６のテーパ部３６２、延長具４のテーパ部４２とテーパ孔５５との嵌合を解除する。
【００３２】
図４は、延長具４の拡大断面図である。延長具４のハウジング４３は、その軸心に、中心軸線４６に平行に貫通孔４４を有する筒体である。貫通孔４４の前端部にはテーパ孔４５が形成され、テーパ孔４５に工具３６のテーパ部３６２が嵌合して固定される。
【００３３】
延長具４の貫通穴４４内には、中空の延長具側ドローバー４７が中心軸線４６と平行に移動可能に内嵌している。延長具側ドローバー４７の後端（図４の上方向）には、主軸５のテーパ孔５５に嵌合するテーパ部４２が一体的に形成されている。テーパ部４２の形状は、工具３６のテーパ部３６２の形状と同一形状に形成されている。
【００３４】
また、延長具側ドローバー４７の前端（図４の下方向）には、筒状の係合駆動部４８の上端部がねじ込まれて固定されている。係合駆動部４８は、延長具４のテーパ孔４５の近傍に配置されたコレット４９内に挿入され、工具３６のテーパ部３６２の内周面にコレット４９を係合させるように構成されている。
【００３５】
コレット４９は、その上端部を基点にして径方向に拡開可能で、係合駆動部４８の下端外周の傾斜面がコレット４９の内面に摺接している。係合駆動部４８が上端位置（図４の上方位置）にあるとき、コレット４９を工具３６のテーパ部３６２の内周面に係合させ、下端位置（図４の下方位置）にあるとき、コレット４９と工具３６のテーパ部３６２の内周面との係合を解除する。
【００３６】
延長具側ドローバー４７と貫通穴４４との間には、多数の皿ばね４７１が介在されている。皿ばね４７１は延長具側ドローバー４７をクランプ方向（図４の上方向）に付勢している。この付勢力により係合駆動部４８がクランプ方向に移動すると、コレット４９を拡開させて、工具３６のテーパ部３６２の内周面に係合させ、工具３６のテーパ部３６２をテーパ孔４５に強固に嵌合させる。
【００３７】
延長具４が主軸頭１５にクランプされた状態の時に、主軸頭１５の駆動機構６２のピストン６２４が図３の下方に移動して、主軸５内の主軸側ドローバー６１をアンクランプ方向（図３の下方向）に移動させると、延長具４のテーパ部４２と主軸５のテーパ孔５５との嵌合が解除される。この時、主軸側ドローバー６１の係合駆動部６１１の前端面（図３の下端面）６１３が、延長具４のテーパ部４２の内周面の端面４２１を下方に押圧する。
【００３８】
その結果、延長具側ドローバー４７、係合駆動部４８が中心軸線４６と平行に下方に移動し、延長具４のコレット４９と工具３６のテーパ部３６２の内周面との係合を解除する。そのため、延長具４のテーパ孔４５から工具３６を抜き出すことが可能となる。
【００３９】
次に、延長具４を主軸頭１５にクランプ・アンクランプする延長具クランプ機構７について説明する。図５は図３のＰ矢視図、図６は図３の延長具クランプ機構（Ｑ部）７の拡大断面図である。図６に示すように、延長具クランプ機構７は、位置決めパッド７１、クランプロッド７２、ブッシュ７３で構成され、主軸中心軸線５１を中心とする同一円周上に４箇所（図５参照）形成されている。
【００４０】
円筒状の位置決めパッド７１は、主軸頭１５の前端面１５１にボルト７１１で固定され、その軸心に、貫通孔７１２とシリンダ７１３が形成されている。シリンダ７１３には、クランプロッド７２の後端（図６の上方向）に一体的に形成されたピストン７２１が挿入されている。
【００４１】
延長具４のハウジング４３には、その後端面４３１に円盤状のブッシュ７３がボルト７３１で固定されている。ブッシュ７３の軸心にはテーパ孔７３２が形成され、位置決めパッド７１の前端（図６の下方向）に一体的に形成されたテーパ部７１４が嵌合し、延長具４を主軸頭１５に位置決めする。テーパ部７１４には、テーパ部７１４の円周上の３箇所に、等間隔で、ボール７１５が半径方向に移動可能に内嵌するガイド孔７１６が形成されている。
【００４２】
油圧力によってピストン７２１が図６の上方に移動すると、クランプロッド７２の前端外周面でボール７１５を半径方向外側に押し出す。すると、ブッシュ７３のテーパ孔７３２に形成された環状溝７３３にボール７１５が押圧され、延長具４を主軸頭１５の前端面１５１側に引き込む。その結果、ブッシュ７３の後端面７３４が位置決めパッド７１の前端面７１７に強く当接して、延長具４を主軸頭１５に強固にクランプする。
【００４３】
また、油圧力によってピストン７２１が図６の下方に移動すると、クランプロッド７２の前端（図６の下方向）に形成された環状溝７２２にボール７１５が入り込む。すると、ブッシュ７３のテーパ孔７３２に形成された環状溝７３３からボール７１５が離れ、延長具４を主軸頭１５にアンクランプする。
【００４４】
本発明の第１の実施の形態の工作機械の自動工具交換装置の工具交換動作について説明する。図７から図１７は、本発明の第１の実施の形態の工具交換動作を説明する説明図である。図７に示すように、サドル１２をＺ軸方向に移動して、主軸頭１５の主軸５に装着されている工具３６Ａのグリップ部３６１のＺ軸方向の位置を、工具マガジン３１の延長具４のグリップ部４１の位置に一致させる。次に、シリンダ３２３を駆動して、アーム部３２１の両端の把持部のＺ軸方向の位置を、工具マガジン３１の延長具４のグリップ部４１の位置に合わせる。
【００４５】
次に、アーム部３２１を９０度旋回して、アーム部３２１の両端の把持部で、工具３６Ａのグリップ部３６１と延長具４のグリップ部４１を同時に把持する。主軸頭１５の駆動機構６２のピストン６２４を図３の下方に移動し、主軸側ドローバー６１を皿ばね６４の付勢力に抗してアンクランプ方向（図３の下方向）に移動させ、工具３６Ａのテーパ部３６２とテーパ孔５５との嵌合を解除する。次に、図８に示すように、シリンダ３２２を駆動して、アーム部３２１をＺ軸方向に平行に移動し、工具３６Ａ及び延長具４を、主軸５及び延長具支持ポット３５から抜き出す。
【００４６】
図９に示すように、サドル１２をＺ軸方向（図９の上方）に移動して、工具３６Ａのグリップ部３６１と延長具４のグリップ部４１のＺ軸方向の位置の差（距離Ｌ）だけ、主軸頭１５を移動させる。次に、図１０に示すように、アーム部３２１を１８０度旋回するとともに、環状チェーン３３を駆動して、工具交換アーム３２との工具交換位置に、空の工具支持ポット３４を位置決めする。
【００４７】
次に、図１１に示すように、シリンダ３２３、３２２を同時に駆動して、工具３６Ａを空の工具支持ポット３４に戻し、延長具４を主軸頭１５に装着する。４箇所の延長具クランプ機構７のピストン７２１を図６の上方に移動し、クランプロッド７２の前端外周面でボール７１５を半径方向外側に押し出す。すると、ブッシュ７３のテーパ孔７３２に形成された環状溝７３３にボール７１５が押圧され、延長具４を主軸頭１５の前端面１５１側に引き込む。その結果、ブッシュ７３の後端面７３４が位置決めパッド７１の前端面７１７に当接して、延長具４が主軸頭１５にクランプされる。
【００４８】
同時に、主軸頭１５の駆動機構６２のピストン６２４を図３の上方に移動し、皿ばね６４の付勢力で主軸側ドローバー６１をクランプ方向（図３の上方向）に移動する。その結果、係合駆動部６１１がクランプ方向に移動し、コレット６３を拡開させて、延長具４のテーパ部４２をテーパ孔５５に強固に引き込む。そのため、延長具側ドローバー４７がクランプ方向（図４の上方向）に移動し、係合駆動部４８がコレット４９を拡開させて、工具３６Ｂのテーパ部３６２の内周面に強く押圧し、工具３６Ｂのテーパ部３６２を延長具４のテーパ孔４５に強固にクランプする。
【００４９】
次に、図１２に示すように、アーム部３２１を９０度旋回して待機位置に戻し、延長具４の先端の工具３６Ｂで、ワークＷの加工を行う。加工中に環状チェーン３３を駆動して、工具交換アーム３２との工具交換位置に、次に使用する工具３６Ｃの工具支持ポット３４を位置決めする。図１３に示すように、延長具４の先端の工具３６ＢでのワークＷの加工が終了したら、サドル１２をＺ軸方向に移動して、延長具４の先端の工具３６Ｂのグリップ部３６１のＺ軸方向の位置を、工具マガジン３１の工具３６Ｃのグリップ部３６１の位置に一致させる。
【００５０】
次に、アーム部３２１を９０度旋回して、アーム部３２１の両端の把持部で、工具３６Ｂのグリップ部３６１と工具３６Ｃのグリップ部３６１を同時に把持する。主軸頭１５の駆動機構６２のピストン６２４を図３の下方に移動し、主軸側ドローバー６１を皿ばね６４の付勢力に抗してアンクランプ方向（図３の下方向）に移動させると、主軸側ドローバー６１の係合駆動部６１１の前端面（図３の下端面）６１３が、延長具４のテーパ部４２の内周面の端面４２１を下方に押圧する。
【００５１】
その結果、図４の延長具側ドローバー４７、係合駆動部４８が中心軸線４６と平行に下方に移動し、コレット４９と工具３６Ｂのテーパ部３６２の内周面との係合を解除する。そのため、延長具４のテーパ孔４５から工具３６Ｂを抜き出すことが可能となる。次に、図１４に示すように、シリンダ３２２を駆動して、アーム部３２１をＺ軸方向に平行に移動し、工具３６Ｂ及び工具３６Ｃを、延長具４及び工具支持ポット３４から抜き出す。次に、図１５に示すように、アーム部３２１を１８０度旋回した後、図１６に示すように、シリンダ３２２を駆動して、工具３６Ｂを空の工具支持ポット３４に戻し、延長具４の先端に工具３６Ｃを装着する。
【００５２】
次に、主軸頭１５の駆動機構６２のピストン６２４を図３の上方に移動し、皿ばね６４の付勢力で主軸側ドローバー６１をクランプ方向（図３の上方向）に移動する。その結果、延長具４のテーパ部４２が主軸５のテーパ孔５５に強固に引き込まれる。そのため、延長具側ドローバー４７がクランプ方向（図４の上方向）に移動し、工具３６Ｃのテーパ部３６２を延長具４のテーパ孔４５に強固にクランプする。
【００５３】
次に、図１７に示すように、アーム部３２１を９０度旋回して待機位置に戻し、延長具４の先端の工具３６Ｃで、ワークＷの加工を行う。上記した実施形態では、延長具４は一個だけ使用しているが、Ｚ軸方向の長さの異なる複数の延長具４を工具マガジン３１に収納してもよい。
【００５４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態の延長具について説明する。図１８は本発明の第２の実施の形態の延長具の拡大断面図であり、第１の実施の形態の図４に相当する図である。第１の実施の形態では、延長具４の先端の工具は固定で、ワークＷを回転させて中ぐり加工（旋削加工）を行う例について説明した。第２の実施の形態では、延長具の先端の工具を回転させ、ワークＷを固定して中ぐり加工（ミーリング加工）を行う例について説明する。
【００５５】
図１８に示すように、延長具４のハウジング４３の軸心には、前軸受４７３と後軸受４７４によって延長具側主軸４７２が回転可能に軸支されている。延長具側主軸４７２は、その軸心に、中心軸線４６に平行に貫通孔４４を有する筒体である。延長具側主軸４７２の前端部にはテーパ孔４５が形成され、テーパ孔４５に工具３６のテーパ部３６２が嵌合して固定される。
【００５６】
延長具側主軸４７２の貫通穴４４内には、中空の延長具側ドローバー４７が中心軸線４６と平行に移動可能に内嵌している。延長具側ドローバー４７の後端（図１８の上方向）には、主軸５のテーパ孔５５に嵌合するテーパ部４２が一体的に形成されている。テーパ部４２の形状は、工具３６のテーパ部３６２の形状と同一形状に形成されている。
【００５７】
また、延長具側ドローバー４７の前端（図１８の下方向）には、筒状の係合駆動部４８の上端部がねじ込まれて固定されている。係合駆動部４８は、延長具側主軸４７２のテーパ孔４５の近傍に配置されたコレット４９内に挿入され、工具３６のテーパ部３６２の内周面にコレット４９を係合させるように構成されている。
【００５８】
コレット４９は、その上端部を基点にして径方向に拡開可能で、係合駆動部４８の下端外周の傾斜面がコレット４９の内面に摺接している。係合駆動部４８が上端位置（図１８の上方位置）にあるとき、コレット４９を工具３６のテーパ部３６２の内周面に係合させ、下端位置（図４の下方位置）にあるとき、コレット４９と工具３６のテーパ部３６２の内周面との係合を解除する。
【００５９】
延長具側ドローバー４７と貫通穴４４との間には、多数の皿ばね４７１が介在されている。皿ばね４７１は、延長具側ドローバー４７をクランプ方向（図１８の上方向）に付勢している。この付勢力により係合駆動部４８がクランプ方向に移動すると、コレット４９を拡開させて、工具３６のテーパ部３６２の内周面に係合させ、工具３６のテーパ部３６２をテーパ孔４５に強固に嵌合させる。
【００６０】
延長具４が主軸頭１５にクランプされた状態のときに、主軸頭１５の主軸５を回転させると、主軸５の回転が、テーパ部４２、延長具側ドローバー４７、係合駆動部４８、コレット４９を介して延長具側主軸４７２に伝達される。従って、延長具４先端の工具３６を回転させ、ワークＷを固定して、中ぐり加工（ミーリング加工）を行うことが可能となる。
【００６１】
［他の実施の形態］
上記した実施の形態では、前記主軸頭と工具交換アームの両方を主軸中心軸線と平行に移動させて、延長具のグリップ部を工具交換アームの一方の把持部で把持可能にし、延長具の先端に工具を装着可能にするとともに、延長具のグリップ部と工具のグリップ部とが異なる高さ位置となるように、延長具及び工具を工具マガジン内に収納可能にしている。他の方法として、主軸頭、工具支持ポット、工具交換アームのうちの少なくともいずれか１つを、主軸中心軸線と平行に移動させてもよい。工具支持ポットの移動は、工具支持ポット単体、又は工具マガジン全体を主軸中心軸線と平行に移動させて行う。
【００６２】
上記した実施形態では、長尺の工具を構成するための延長具を標準の工具マガジンに収納し、標準の工具を交換する工具交換アームを使用して、主軸頭と工具マガジンとの間で延長具を交換する。従って、長尺の工具専用の工具マガジン及び工具交換アームが不要となるため、所要スペースが小さくなり、製造コストを削減することが可能となる。また、延長具の先端に、標準工具を標準の工具交換アームを使って着脱するため、延長具の本数が少数で済み、スペースを節約できる。
【００６３】
なお、上記した実施形態では、延長具及び標準の工具のシャンク形状が、ＨＳＫツールの場合について説明したが、他のシャンク形状、例えばＢＴツールにも適用することができる。また、上記した実施形態では、延長具を収納する延長具支持ポットは、標準工具用の工具支持ポットの前端に延長ポットを装着し、Ｚ軸方向の長さを長くして構成しているが、Ｚ軸方向の長さが長い一体物の延長具支持ポットでもよい。また、上記した実施形態では、サドルがＺ軸方向に移動して工具交換動作を行っているが、ラムがＺ軸方向に移動して工具交換動作を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…刃物台
１１…コラム
１２…サドル
１３…クロススライド
１４…ラム
１５…主軸頭
１５１…前端面
２…主軸台
２１…チャック
３…工具交換装置
３１…工具マガジン
３２…工具交換アーム
３２１…アーム部
３２２…シリンダ
３２３…シリンダ
３３…環状チェーン
３４…工具支持ポット
３４１…延長ポット
３５…延長具支持ポット
３６…工具
３６１…グリップ部
３６２…テーパ部
４…延長具
４１…グリップ部
４２…テーパ部
４２１…端面
４３…ハウジング
４３１…後端面
４４…貫通孔
４５…テーパ孔
４６…中心軸線
４７…延長具側ドローバー
４７１…皿ばね
４７２…延長具側主軸
４７３…前軸受
４７４…後軸受
４８…係合駆動部
４９…コレット
５…主軸
５１…主軸中心軸線
５２…主軸貫通穴
５３…前軸受
５４…後軸受
５５…テーパ孔
５６…ロータ
５７…ステータ
５８…ピストン
５９…環状部材
６…工具クランプ機構
６１…主軸側ドローバー
６１１…係合駆動部
６１２…ドローバー本体
６１３…前端面
６２…駆動機構（シリンダ機構）
６２１…ボルト
６２２…ケーシング
６２３…蓋部材
６２４…ピストン
６３…コレット
６４…皿ばね
６５…押圧プレート
７…延長具クランプ機構
７１…位置決めパッド
７１１…ボルト
７１２…貫通孔
７１３…シリンダ
７１４…テーパ部
７１５…ボール
７１６…ガイド孔
７１７…前端面
７２…クランプロッド
７２１…ピストン
７２２…環状溝
７３…ブッシュ
７３１…ボルト
７３２…テーパ孔
７３３…環状溝
７３４…後端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2010269395.tif 000016
【図１５】
2010269395.tif 000017
【図１６】
2010269395.tif 000018
【図１７】
2010269395.tif 000019
【図１８】
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